Silnik wolnossący
Typowy przepływ powietrza w silniku czterosuwowym: W suwie nr 1 tłoki zasysają (zasysają) powietrze do komory spalania przez otwarty zawór wlotowy .
Silnik wolnossący , znany również jako silnik wolnossący , w skrócie N/A lub NA , to silnik spalinowy , w którym wlot powietrza zależy wyłącznie od ciśnienia atmosferycznego i nie ma wymuszonego doładowania przez turbosprężarkę lub doładowanie .
Opis
W silniku wolnossącym powietrze do spalania ( obieg Diesla w silniku Diesla lub określone rodzaje cyklu Otto w silnikach benzynowych, a mianowicie bezpośredni wtrysk benzyny ) lub mieszanka paliwowo-powietrzna (tradycyjne silniki benzynowe pracujące w cyklu Otto) jest zasysane do układu cylindrów przez ciśnienie atmosferyczne działające przeciwko częściowej próżni , która pojawia się, gdy tłok porusza się w dół w kierunku dolnego martwego punktu podczas suwu ssania . Z powodu wrodzonych ograniczeń w przewodzie wlotowym silnika, który obejmuje kolektor dolotowy , podczas zasysania powietrza występuje niewielki spadek ciśnienia, co skutkuje wydajnością objętościową mniejszą niż 100 procent - i niecałkowitym napełnieniem cylindra powietrzem. Na gęstość ładunku powietrza, a tym samym na maksymalną teoretyczną moc wyjściową silnika, oprócz wpływu ograniczenia układu dolotowego, mają również wpływ prędkość obrotowa silnika i ciśnienie atmosferyczne, z których to ostatnie maleje wraz ze wzrostem wysokości roboczej .
Kontrastuje to z silnikiem z wymuszoną indukcją , w którym doładowanie napędzane mechanicznie lub turbosprężarka napędzana spalinami jest stosowana w celu ułatwienia zwiększenia masy powietrza dolotowego powyżej tego, co mogłoby być wytwarzane przez samo ciśnienie atmosferyczne. Podtlenek azotu może być również wykorzystany do sztucznego zwiększenia masy tlenu obecnego w powietrzu dolotowym. Osiąga się to poprzez wtrysk ciekłego podtlenku azotu do wlotu, który dostarcza znacznie więcej tlenu w danej objętości niż jest to możliwe w przypadku powietrza atmosferycznego. Podtlenek azotu stanowi 36,3% tlenu dostępnego masowo po jego rozkładzie w porównaniu z powietrzem atmosferycznym na poziomie 20,95%. Podtlenek azotu wrze również w temperaturze -127,3 ° F (-88,5 ° C) przy ciśnieniu atmosferycznym i zapewnia znaczne chłodzenie z utajonego ciepła parowania, co również pomaga w znacznym zwiększeniu ogólnej gęstości ładunku powietrza w porównaniu z naturalnym zasysaniem.
Ponieważ dwusuwowy silnik wysokoprężny nie jest w stanie osiągnąć tego naturalnego zasysania, w konstrukcji silnika musi być zintegrowana pewna metoda ładowania cylindrów powietrzem oczyszczającym. Zwykle osiąga się to za pomocą dmuchawy wyporowej napędzanej wałem korbowym . Dmuchawa nie działa w tym zastosowaniu jako doładowanie, ponieważ jest dostosowana do wytwarzania objętości przepływu powietrza, która jest wprost proporcjonalna do zapotrzebowania silnika na spalanie przy danej mocy i prędkości. Przez Towarzystwo Inżynierów Samochodowych Zgodnie z definicją, dwusuwowy silnik wysokoprężny oczyszczony mechanicznie jest uważany za wolnossący.
Aplikacje
Większość samochodowych silników benzynowych, a także wiele małych silników używanych do celów niezwiązanych z motoryzacją, jest wolnossących. Większość nowoczesnych silników wysokoprężnych napędzających pojazdy drogowe jest turbodoładowana , aby uzyskać korzystniejszy stosunek mocy do masy , wyższą krzywą momentu obrotowego , a także lepszą oszczędność paliwa i niższą emisję spalin . Turbodoładowanie jest prawie uniwersalne w silnikach wysokoprężnych stosowanych w kolejowych , okrętowych i komercyjnych zastosowaniach stacjonarnych ( wytwarzanie energii elektrycznej , na przykład). Wymuszona indukcja jest również stosowana w silnikach tłokowych samolotów, aby zniwelować część utraty mocy, która występuje, gdy samolot wznosi się na większe wysokości.
Zalety i wady
Zalety i wady silnika wolnossącego w stosunku do silnika o tej samej wielkości opartego na wymuszonym dolocie obejmują:
Zalety
- Łatwiejsze w utrzymaniu i naprawie
- Niższe koszty rozwoju i produkcji
- Zwiększona niezawodność, częściowo dzięki mniejszej liczbie oddzielnych, ruchomych części
- Bardziej bezpośrednia reakcja przepustnicy (ze względu na brak turbodziury )
- Mniejsze ryzyko przegrzania
Niedogodności
- Zmniejszona wydajność
- Zmniejszony stosunek mocy do masy
- Zmniejszony potencjał strojenia
- Zwiększona utrata mocy na większych wysokościach (ze względu na niższe ciśnienie powietrza) w porównaniu z silnikami z wymuszoną indukcją